塑料礦泉水瓶在中學化學實驗中的妙用

摘 要：以日常生活中常見的塑料礦泉水瓶為替代品，能夠設計滅火器實驗和H2與O2的制取及性質檢驗實驗、爆炸實驗、沼氣的制取及性質實驗、氨氣噴泉實驗和CO2性質實驗，對于彌補一些偏遠或實驗條件落后的學校能夠順利開展中學化學實驗大有裨益.

關鍵詞：中學化學;塑料礦泉水瓶;改進

作者簡介：祝瑞榮（1981-），男，江蘇揚中人，本科，中學一級教師，研究方向：中學化學教學.

在中學化學實驗教學過程中，很多偏遠地區由于教學條件比較落后，很多實驗無法正常進行.如果利用日常生活中的常見品進行實驗，就能很好地滿足師生共同探究實驗的愿望[1].筆者現根據中學化學教學的實際，列舉了塑料礦泉水瓶在中學化學實驗創新的幾個案例，以供同行參考.

1 滅火器實驗裝置

1.1 實驗用品

注射器、礦泉水瓶、玻璃棒、酒精燈、NaHCO3溶液、濃HCl、圓珠筆芯、乳膠管、工具刀、502膠水和膠布等.

1.2 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖1所示.

1.3 實驗步驟

（1）取一礦泉水瓶，用燒紅的玻璃棒在離瓶底約兩厘米處燙一個小孔.

（2）取一廢棄的圓珠筆芯繞成“之”字形，并將其從礦泉水瓶的小洞中穿入，再用膠布帶將空隙處密封好，把它固定在礦泉水瓶的外壁上.

（3）用一根長短合適的乳膠管串聯在廢棄圓珠筆芯上.

（4）擰下瓶蓋，用工具刀截取大小合適的橡皮塞的上半部，把下半部用502膠水粘在瓶蓋內部中心位置，用注射器的針尖從瓶蓋外側穿入并經過橡皮塞.

（5）取一廢棄的筆桿，截取長短合適的一端，并套在針頭上，用膠水把它固定住，再用乳膠管將筆桿和長短合適的直玻璃管連接.

（6）向礦泉水瓶加入適量的NaHCO3溶液，擰開瓶蓋，用注射器抽取適量的濃HCl，并套在針尖上.

（7）用左手拿好乳膠管，右手推注射器活塞，反應發生，產生大量氣泡，并向外噴出.

1.4 幾點說明

（1）本實驗噴射時間長、效果好，如果實驗過程中上下振蕩礦泉水瓶，效果更好.

（2）實驗成本低，操作簡便，適合學生家庭小實驗.

2 H2與O2的制取及性質檢驗實驗裝置

2.1 實驗用品

一只塑料瓶（500mL）、一根細線、一個橡皮塞、一個棉紗小布包、一根乳膠管、兩支注射器（20mL）、二氧化錳或鋅粒和稀鹽酸或過氧化氫溶液等.

2.2 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖2所示.

2.3 實驗步驟

（1）用橡皮塞代替塑料瓶蓋，將MnO2或鋅粒放入小布包中，并用線將小布包系住，再將裝有MnO2或鋅粒的小布包放入瓶中，用橡皮塞將塑料瓶口塞緊.

（2）用注射器抽取過氧化氫溶液或稀鹽酸，并用另一注射器吸取適量用于除去尾氣所用的液體.

（3）用熱玻璃棒在塑料瓶中上部燙一小孔，并將一根乳膠管伸入小孔中，并用透明膠把小孔封住.

（4）當未將注射器插入橡皮塞時，把乳膠管的一端浸入水中，輕輕擠壓瓶身，乳膠管一端有氣泡冒出，則說明裝置不漏氣.

（5）緩緩拉動細線，使小布包靠近瓶底，將注射器針尖插入橡皮塞，并將液體注入瓶中，固體和液體接觸，反應就發生了.

（6）乳膠管用來收集制得的氣體，以便于做氣體性質實驗.

（7）實驗結束，將細線往上拉，固體和液體分離，反應便結束.

（8）若反應生成氣體對環境有污染，可將另一注射器液體注入瓶中與多余尾氣反應，用來消除污染.

2.4 幾點說明

（1）該實驗所選塑料瓶取材簡便、耐腐蝕、可塑性強，不易碎.

（2）所選塑料瓶容量大，可以一次性制取大量氣體[2]，學生在家也可獨立完成.

3 爆炸實驗裝置

3.1 實驗用品

塑料瓶、自制點火器、蠟燭、火柴、干燥面粉等.

3.2 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖3和圖4所示.

3.3 實驗步驟

（1）取一打火機上的高壓發火零件，再取一雙股導線，其中一股與發火花的導線連接，另一股與發火花零件下端的金屬圓柱體連接，再將該部件重新裝入打火花外殼，并安裝好.放電的尖端要近一點.

（2）取一500mL的塑料瓶，剪去底部，再將其分成十等份，在塑料瓶外殼上做好記號.

（3）把一大號塑料瓶的上部剪去，留下瓶底，即為自制水槽.

（4）將爆炸氣筒蓋擰開，將其放入自制水槽中，向水槽中注水至爆炸氣筒內的液面上升到所需體積的刻度，立即旋緊瓶蓋，收集氣體，如圖3所示.

（5）取出收集了一定體積氣體的爆炸氣筒，放在水平桌面上，將點火器的放電端從底部伸入（如圖4所示），并將點火器按下，塑料瓶猶如火箭升空一般的發生了爆炸.

（6）空氣和氫氣體積比為5∶2，即為爆炸氣筒體積30%，在爆炸氣筒從下往上第三個標記處.

（7）做面粉爆炸實驗時，將干燥的面粉小瓶和燃著的蠟燭以及鼓氣裝置放在桌上，一蓋上塑料瓶就立即鼓氣，防止蠟燭燃燒時間過長引起里面氧氣濃度降低，從而影響實驗效果.

3.4 幾點說明

（1）塑料瓶、自制點火器、蠟燭、火柴、干燥面粉來源于生活，給學生帶來親切感.

（2）塑料瓶無色透明，實驗現象清晰可見.

4 沼氣的制取及性質實驗裝置

4.1 實驗用品

塑料瓶、玻璃棒、酒精燈、帶有尖嘴導管的橡皮塞、乳膠管、鐵圈、火柴、吃剩的面條、米飯等.

4.2 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖5和圖6所示.

4.3 實驗步驟

（1）如圖5所示，用燒紅的玻璃棒分別在a、b兩個塑料瓶的下端燙兩個小孔（大小以乳膠管剛好能夠插入為宜）.

（2）用面條、湯水和米飯裝滿整個a瓶（a瓶下端小孔處放一塊鐵制的紗網，防止乳膠管被面條和米飯堵住）.

（3）將一帶有尖嘴導管的橡皮塞塞住a瓶口部，再用彈簧夾夾住尖嘴導管上的乳膠管，另取一根較長的乳膠管，連接a、b兩瓶.

（4）向b瓶中注水至液封乳膠管，并敞口放置，兩天后發現有液體從a瓶進入b瓶，將a瓶振蕩，發現有氣體產生，當a瓶中產生三分之二體積氣體時，將彈簧夾打開，并向b瓶中注水，氣體便會從a瓶的尖嘴導管處排出，可用來做燃燒實驗.

（5）如圖6所示，取一500mL的塑料瓶，剪去底部，并將帶有尖嘴導管（連接乳膠管上，并用彈簧夾夾住乳膠管）的橡皮塞塞住瓶口，即為圖6所示裝置中的1.

（6）另取1.5L的塑料瓶，剪去上部，下部放些水，以備用，即為如圖6所示裝置中的2.

（7）把裝置1置于有較多植物廢棄物的池塘中以收集沼氣.集滿后將裝置1迅速放入裝置2，并在裝置1 上套一鐵圈，防止裝置1上浮.

（8）將彈簧夾打開，并向裝置2緩慢注水，在導管尖嘴處即點燃產生的沼氣.

4.4 幾點說明

（1）塑料瓶密封性好，能防止氣體逸出.

（2）材料易得，所選塑料瓶來源于生活，使化學和生活更加緊密的聯系在一起.

5 氨氣噴泉實驗裝置

5.1 實驗用品

塑料瓶、鐵架臺、圓底燒瓶、單孔橡皮塞、廢舊試管、玻璃管、酒精噴燈等.

5.2 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖7和圖8所示.

5.3 實驗步驟

（1）用酒精噴燈對一玻璃管加熱，將其拉制成尖嘴玻璃管.

（2）取兩個分別與圓底燒瓶和塑料瓶配套的橡皮塞，用打孔器分別在這兩個橡皮塞上各打一個小孔，將尖嘴玻璃管小心的插入橡皮塞的小孔中.

（3）取一大小合適的廢舊試管，將其加工成長約5cm的雙通管，將其小心的塞進橡皮塞中，如圖7所示.

（4）在塑料瓶中上部打一小孔.

（5）向雙通管中加2gNaOH固體，向塑料瓶中加適量的酚酞溶液，再向雙通管中的NaOH固體滴2mL濃NH3·H2O，將雙通管迅速伸入圓底燒瓶中，產生的NH3充滿了整個圓底燒瓶.

（6）待圓底燒瓶內充滿整瓶的NH3時，迅速塞緊橡皮塞，按如圖8所示連接儀器.

（7）用拇指堵住塑料瓶中的小孔，擠壓塑料瓶，塑料瓶中的酚酞溶液被壓入圓底燒瓶，NH3被水吸收，圓底燒瓶內的壓強減小，松開拇指，立即出現美麗的噴泉.

（8）將圓底燒瓶中的液體倒出，并清洗尖嘴玻璃管、雙通管和圓底燒瓶，再向塑料瓶中加適量的酚酞溶液，重復（5）～（7）的實驗步驟，圓底燒瓶內再次出現紅色噴泉.

5.4 幾點說明

（1）該裝置把NH3的收集和噴泉實驗連為一體，可在5min內完成.

（2）本實驗對儀器干燥程度要求不是很高，無需每做一次實驗就要更換一次盛滿NH3的圓底燒瓶.

（3）所需藥品的多少可以依據燒瓶大小進行調整.

（4）加入濃NH3·H2O時一定要迅速，防止產生的NH3泄露而污染環境.

6 CO2性質實驗裝置

6.1 實驗用品

兩只塑料瓶、玻璃管、酒精燈、乳膠管、蠟燭、棒棒冰塑料袋、大試管、紫色石蕊試紙、稀醋酸、橡皮筋、鐵絲夾等.

6.2 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖9所示.

6.3 實驗步驟

（1）如圖9所示，用雙面膠將兩只塑料瓶固定在水平桌面上，用燒紅的玻璃管在其中一只塑料瓶中部燙一小孔，再在該小孔的正下方和側上方等距離處各燙一小孔，用套有乳膠管的玻璃管分別插入這三個小孔.

（2）將兩支高低不同的蠟燭分別置于其中兩個小孔處.

（3）中間的導管通過一根長的乳膠管連接到另一塑料瓶（瓶中有適量的稀鹽酸）中的棒棒冰塑料袋（底部有若干被燒紅的鐵絲燙成的小孔，并裝有石灰石）.

（4）用三條干燥的紫色石蕊試紙分別繞在大試管的上、中、下部，向上部試紙噴稀鹽酸，上部試紙變紅，下部噴水，下部試紙不變色，中間的試紙始終不變色，用橡皮筋將上、中、下部的試紙固定住，鐵絲夾用來控制棒棒冰塑料袋的升降，從而控制制取CO2的發生和停止.

（5）點燃高低不同的兩支蠟燭，將鐵絲夾移開，把棒棒冰塑料袋放入塑料瓶中的稀HCl，立刻產生大量氣體，氣體進入左邊塑料瓶中，待低處蠟燭先熄滅后，立即用夾子夾住低處套在玻璃管上的乳膠管，發現低處的試紙也變色，而中部的試紙不變色，則證明CO2的確與水發生反應，其生成物的性質與稀醋酸相似，高處的蠟燭后熄滅則說明CO2密度比空氣大.

6.4 幾點說明

（1）將教材中的蠟燭在燒杯內熄滅變為在外面熄滅，更能讓學生體會到CO2像水一樣具有流動性，培養了學生的創新精神.

（2）用一套實驗裝置驗證了CO2的多個性質，實驗連續性更強，更具說服力.

（3）材料易得，所選塑料瓶、棒棒冰塑料袋都是生活常見品，且這些又是塑料品，具有很好的熱塑性，便于加工.

（4）操作十分簡便，現象也十分明顯，實驗成功率很高[3].

7 結語

實驗是吸引學生學習化學的催化劑.以塑料礦泉水瓶為替代品來進行對中學化學實驗改進與創新，材料易得，操作也十分簡便，且裝置經過清洗以后可以多次重復使用，使很多化學實驗變得更加形象直觀，更利于學生理解和掌握.將塑料礦泉水瓶廣泛應用于中學化學實驗，還可以大大降低實驗的成本，節約資源，拉近學生與化學之間的關系，體現變廢為寶理念.

參考文獻：

[1]王榮橋.氣球在初中化學實驗中的應用案例[J].化學教學，2013（07）：39-40.

[2]王錦濤，洪印彬.飲料瓶在化學實驗中的利用[J].化學教學，2013（12）：46-47.

[3]陸春華.用生活用品改進初中化學實驗[J].教育與裝備研究，2019，35（01）：46-49.

（收稿日期：2020-03-05）